JPH02244690A

JPH02244690A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JPH02244690A
Application number: JP6476489A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Wada; 浩和田; Hideaki Horikawa; 英明堀川; Yasuhiro Matsui; 康浩松井
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1990-09-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、半導体レーザ装置に闇し、特に、光通信シ
ステム等に用いて好適な、高速変調特性と光出力特性と
に優れた半導体レーザ装Ｈの構造に関する。

（従来の技術）近年、種々の情報を伝達する手段としで光通信システム
が利用され、高速な情報伝達手段とＬノて広く実用に供
されている。このような光通信システムの光源として用
いられる半導体レーザ製画（以下、単に装置と称する場
合も有る。）には、単位時間当りの情報伝達量を大きく
採り得るように高速変調が可能（゛あり、しかも、大き
な光出力を有することが要求きれる。

以下、この発明の説明に先立ち、図面を９照しで、従来
の半導体レーザ装置の構造の一例（こつき説明する。

第８図は、従来技術を説明するため、ｐ−ｒ＋接合によ
る電流狭窄層を具えたＢＨ−ＤＦＢ　（・Ｂｕｒｒ　１
ｅｄ）１ｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　−Ｄｉｓｔｒ
ｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ）型の半導体レーザ装
置の概略的構造を部分的に切り欠いた斜視図である。尚
、同図中、断面を表わすハツチングは省略する。

従来広く知られでいる装置は、基板の」（こ、ストライ
プ状のダブルヘテロ構造部と、当該部の両側（こ設けら
れた電流狭窄層とを貝える構成が基本となっている。

この第８図に示す装置構成では、上述Ｌ　′１：、基板
ＩＩとしてｎ　−ＩｎＰが用いられ、この基板１１のう
ち、ダブルへゾロ構造部１３との界面には、回折格子を
形成しである。

また、このダブルヘテロ構造部１３は、上述の基板１１
土に、ｎ−Ｇａ１ｎＡｓＰから成る光導波層１５、Ｇａ
ＩｎＡｓＰから成る活性層１７、ｐ−１ｎＰから成るク
ラッド層１９及びＤ−ＧａＩｎＡｓＰから成るキャップ
層２１を順次に形成して構成される。

さらに、基板１１の上側であって、しかも上述したダブ
ルヘテロ構造部１３の両側に相当ツる部分には、ｐ−Ｉ
ｎＰから成るｎ導電型７０７９層２３ａとｎ　−ＩｎＰ
から成るｎ導電型ブロック層２３ｂとを順次に被着して
、電流狭窄層２３が設けられる。

これに加えて、前述したダブルヘテロ構造部１３に電圧
を印加するため、前述のキャップ層２１とｎｉｌ電型ブ
ロック層２３ｂとの上には金−亜鉛（Ａｕ−Ｚｎ）合金
から成るｐ側電極２５ａｕ形成し、これとは相対する側
（基板１１側）には金−ゲルマニウム−ニッケル（Ａｕ
　−Ｇｅ　−Ｎｉ）合金から成るｎ＠電極２５ｂを・形
成する。

この第８図に示す構造の装置では、ｎ導電型７０７９層
２３ａとｎ導電型ブロック層２３ｂとの界面にｐ−ｎ接
合の逆バイアス面（同図中、×を付しく示す、）が形成
され、電流狭窄層２３が機能を果′ｖＩｊ４成となって
いる。しかし、このような逆バイアス面は、それ自体が
寄生容量となり、高速変調特性が損なわれでしまうとい
う欠点か有った。この第８図に示す構造の装置の一般的
な特性につき具体的な数値を挙げれば、発信波長が１．
５（ｕ　ｍ　）の場合、４０〜５０（ｍＷ）程度の光出
力を有する反面、上述の寄生容量は２００〜４００（叶
）程度となり、この寄生容量では、１　（ＧＨｚ）以下
程度の高速変調特性しか得られない。

従って、このような逆バイアス面を利用した電流狭窄層
の代わりに、半絶縁性口料を用いた電流狭窄層を具える
ことにより、半導体Ｌ／−ザ装置の寄生容１を低減する
構造が知られでいる。

例えば文献工：「電子情報通信学会技術新入報告Ｊ　　
（ＯＱＥ−６６、堀用他、第１７頁〜２１頁、　＋９８
８年）では、上述の半絶縁材料として、鉄（Ｆｅ）をド
ーパントとしたＩｎＰを利用し、有機金属気相エピタキ
シャル成長（ＭＯＶＰε：Ｍｅｔａｌｏｒｑａｎｉｃ　
ＶａｐｏｒＥｐｔｔａｘｉａｌ）法によって作製された
半導体レーザ装置につき、種々の特性試験が成されてい
る。

第９図は、従来技術を説明するため、半絶縁性材料から
成る電流狭窄層を具えた０Ｈ−ＤＦＢ型の装置を、第８
図と同様に示す図である。

この第９図に示す装置も、基本構成は前述の第８図に示
す装置と同様な基本構成である。

詳細に説明すれば、この第９図に示す装置構成では、基
板２７としてｐ　−１ｎＰが用いられ、この基板２７の
うち、ダブルヘテロ構造部２９との界面には回折格子が
形成されている。

また、ダブルヘテロ構造部２９は、上述の基板２７上に
、ＧａＩｎＡｓＰから成る光導波層３１、ＧａＩｎＡｓ
Ｐから成る活性層３３、ｎ−１ｎＰから成るクラッド層
３５及びｎ　−ＧａＩｎＡｓＰから成るキャップ層３７
ヲ順次に形成して構成される。

ざらに、基板２７の上側であって、しかも上述したダブ
ルヘテロ構造部２９の両側に相当する部分には、Ｆｅが
ドープされたＩｎＰ　　（以下、単にＦｅ：ＩｎＰと表
わす場合も有る。）を被着させて、電流狭窄層３９が設
けられる。

これに加えて、前述したダブルヘテロ構造部２９に電圧
を印加するため、前述のキャップ層３７と電流狭窄層３
９との上にはＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金から成るｎ側電極４
１ａを形成し、これとは相対する側にはＡｕ　−２ｎ合
金から成るｐ側電極４１ｂ！形成する。

尚、メサ形成後のエツチング表面の凹凸に起因して電流
狭窄層成長時に形成され得るビットがリーク電流を増大
させることが有る。このため、電流狭窄層３９の上側に
設けられた酸化シリコン膜４３は、このようなビットの
悪杉ｉＦを回避するために設けられるものであって、装
置に必須の構成成分ではない。

前述した文献工に開示されるように、この第９図に示す
構造の装置の特性につき具体的な数値を挙げれば、半絶
縁性材料であるＦｅ：ＩｎＰで電流狭窄層３９を構成す
ることにより、約４（吐）程度の寄生容量と、１５（ｍ
Ｗ）程度の光出力とを有し、６　（ＧＨｚ）以上の高速
変調特性が得られる。

このように、ｐ−ｎ接合による逆バイアス面を利用した
電流狭窄層２３（第８図参照）の代わりに、半絶縁性材
料で構成した電流狭窄層３９（第９図参照）を具えて半
導体レーザ装置ｌを構成することにより、高速変調特性
の改善を図ることが可能どなる。

尚、上述した説明からも理解できるように、半導体レー
ザ装置は、ｎ導電型の半導体材料とｎ導電型の半導体材
料とｌＦｒ種々に組み合わせて構成される。以下の説明
の理解を容易とするため、上述した２つの導電型の半導
体材料で構成された構成成分を、夫々、ｎ導電型領域ま
たはｎ導電型領域として包括的に表わす０例えば、第９
図に示す装！では、基板２７はｎ導電型領域であり、ダ
ブルヘテロ構造部２９のうちのクラッド層３５とキャッ
プ層３７がｎ導電型領域に相当する。

また、第８図及び第９図では、ダブルヘテロ構造部とし
て、活性層の近傍に回折格子を設Ｆｆ７Ｌ：８Ｈ−ＤＦ
Ｂ型の装Ｍを例示して説明したか、半絶縁性材料から成
る電流狭窄層３９は、ファブリベロー型の装置に臭えた
場合であっても、ｐ−ｎ接合を利用した装置に比べて、
高速変調特性の改善を図ることができる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、半絶縁性材料から成る電流狭窄層を具え
た半導体レーザ装置では、寄生容量の低減により高速変
調特性の改善を図り得る反面、光出力特性が低下してし
まうという問題点が有った。これは、装置の動作時に、
電流狭窄層を構成する半絶縁性材料が高抵抗な性質を損
ない、リーク電流が発生するためと考えられる。このた
め、ダブルヘテロ構造部にのみ電流注入を行なおうとす
る電流狭窄が不完全に成り、光出力が低下する。

まず、Ｆｅ：ＩｎＰが半絶縁性を有する理由について詳
細に説明すれば、周知のように、ＩｎＰ結晶中にドーピ
ングされたＦｅ不純物は、ＩｎＰの伝導帯の最低エネル
ギーよりも約０．６４（ｅＶ）低いエネルギー（ご不純
物準位を有し、電子トラップどしで働く。

このため、Ｆｅ：ＩｎＰは、電気伝導ｖ−ｂる伝導帯中
の電子か、大質的に、全で「ｅの不純物準位に捕獲され
る。従って、Ｆｅ：ＩｎＰは電気伝導ｆｉ、を行なえな
くなり、半絶縁性を示す。

実際に、Ｆｅ：ＩｎＰのバルク結晶を、ＬＥＣ（Ｌｉｑ
ｕｉｄＥｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ　Ｃｚｏｃｈｒａｌｓ
ｋｉ）法を始めとする従来技術で作製した場合、このバ
ルク結晶の比抵抗は１０’〜１０ａ（Ω・ｃ＋ｎ）とな
り、高抵抗を示す“。

また、このＦｅ：ＩｎＰから成る構成成分に、電極等を
配設してミラの注入を行なっでも電子ト〜ラップとしで
機能し、半絶縁性は失われない。

以下、図面を参照しで、Ｆｅ：ＩｎＰのバルク結晶で得
られた高抵抗な特性が半導体装置の動作時に失われ、リ
ーク電流が発生する理由につき詳細（こ。

説明する。

第１０図は、第９図に示す装置の横這を概略的断面によ
り示す図である。同図中、説明の理解を容易とするため
、前述し１こｎ導電型領域に相当する構成成分は実線に
よるハッーｙングで示すと共（こ、ｎ導電型領域に相当
４る構成成分は破線１こよるハツチングで示しである。

従来知られているず導体レーザ装置の一般的な構造では
、ダブルヘテロ構造部のうぢＣ活゛ｉｆ：層の上側に設
けられた構成成分の導電型と、基板の導電型とか互いに
異なる。この第１０図に示すように、ｒｅ：ＩｎＰで構
成され１．：電流狭窄層３９は、基板２７のようなｎ導
電型領域と、ダブルヘーテロ構造部２９のうちで活性層
３３の上側に具えられたクラッド層３５及びキャップ層
３ｒのようなｎ導電型領域との双方に接伎る状態で配設
される。

このような状態で、装置に電斥か印加（ｉれる場合、ｎ
導電型領域である基板２７がら、同図中、ａの符号を付
して示すよう（こ、電流狭窄層３９（ご正孔が注入され
る。この正孔は、］“ｅ：ＩｎＰで捕獲されないため、
電流狭窄層３９中を流れる。さらに、電流狭窄層３９内
Ｕｆ、ｌｔ電荷中和則を保どうとするため（こ、例えば
クラッド層３５やキャップ層３７のようなｎ！電型領域
から、同図１こｂの符号を付して小ツ電イの注入が引き
起こされる。

このような正孔注入ａと電子注入すとの双方によって、
正孔と電子との再結合を生じ、第１０図中に矢印Ｃを付
して示すようなリーク電流を来１．：し、大きな光出力
を得ることができなくなると考えられる。尚、第１０図
に示す装置構成の代わりに、基板がｎ導電型領域であり
、かつダブルヘテロ構造部にｐｉ電型領域を含む場合で
あっても、上述と同様な原因によってリーク電流が発生
する。

この発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、半絶
縁性材料を利用しｔ′Ｓ、電流狭窄層を９えることによ
り高速変調可能な生導体し−ザ装＝の、リーク電流を低
減することによって、大きな光出力を有する半導体レー
ザ装置の構造を提供することに何る。

（課題を解決するための手段）この目的の達成を図るため、この出願の第一発明に係る
半導体レーザ装Ｈによれば、半絶縁性材料から成る電流
狭窄層と、ｎ導電型領域及びｎ導電型領域とを具えて成
る半導体レーザ装＝において、上述の電流狭窄層とｎ導電型領域どの間にｎ導電型の正
孔拡散阻止層を設けＣ成ることを特徴としている。

この第一発明の実施に当っては、ｐｌ電型領域に相当す
る基板上に、少なくとも活性層及びｎ導電型領域に相当
するクラッド層を含むストライプ状のダブルヘテロ構造
部と、このダブルヘテロ構造部の両側の前述ジノ１５基
板の上側に、半絶縁性材料から成る電流狭窄層とを具え
て“成る半導体レーザ装置（こ適用する場８、上述した
ｎ導電型領域としての基板と前述の電流狭窄層との間に
、ｎ導電型の正孔拡散阻止層を設けるのが好適である。

また、この第一発明の実施（（二当り、ｎ導電型領域に
相当する基板上に、少なくとも活性層及びｎ導電型領域
に相当するクラ・シト層を含む、ストライプ状のダブル
ヘテロ構造部と、このダブルヘテロ構造部の両側゛の前
述した基板の上側に、斗絶縁性祠料から成る電流狭窄層
とを見えＣ成る半導体レーザ装置に適用する場合、上述
した電流狭窄層と前述したｎ導電型領域としてのダブル
ヘテロ構造部との闇にｎ導電型の正孔拡散阻止層を設け
ても良い。

ざらに、この出願の第二発明に係る半導体レーザ装置に
よれば、半絶縁性材料から成る電流狭窄層と、ｎ導電型
領域及びｎ導電型領域とを具えて成る半導体レーザ装置
において、上述した電流狭窄層とｎ導電型領域との間に
ｎ導電型の電子拡散阻止層を設けで成ることを特徴とし
ている。

この第二発明の実施に当り、ｎ導電型の基板上に、少な
くとも活性層及びｎ導電型領域に相当するクラッド層を
含む、ストライプ状のダブルヘテロ構造部と、このダブ
ルヘテロ構造部の両側の前述した基板の上側に、半絶縁
性材料から成る電流狭窄層とを具えて成る半導体レーザ
装置に適用する場合、上述した電流狭窄層とｎ導電型領
域に相当するダブルヘテロ構造部との間にｎ導電型の電
子拡散阻止層を設けるのが好適である。

また、この第二発明の実施に当って、ｎ導電型領域に相
当する基板上に、少なくとも活性層及びｎ導電型領域に
相当するクラッド層を含む、ストライプ状のダブルヘテ
ロ構造部と、このダブルヘテロ構造部の両側の前述した
基板の上側（こ、半絶縁性材料から成る電流狭窄層とを
具えて成る半導体レーザ装置に適用する場合、上述した
電流狭窄層とｎ導電型領域に相当する基板との間にｎ導
電型の電子拡散阻止層を設けても良い。

（作用）この出願に係る半導体レーザ装置によれば、従来構造で
ｎ導電型領域とｎ導電型領域との双方に接して設けられ
ていた半絶縁性材料から成る電流狭窄層に接して、正孔
拡散閉止層または電子拡散阻止層を具える構成となって
いる。

例えば、この出願の第一発明に係る装置では、電流狭窄
層と当該層に接するｎ導電型領域との間に正孔拡散阻止
層を配設することによって、第１０図を参照して説明し
た正孔の注入を阻止する。このため、電荷中和剤に従っ
た電子と正孔との再結合を解消してリーク電流の低減を
図り、光出力の低下を回避することができる。

また、この出願の第二発明に係る装置では、電流狭窄層
と当該層（こ接するｎ導電型領域との間に電子拡散阻止
層を配設することにより、電子の注入を阻止する。この
ため、第一発明の場合と同様に、電子と正孔との再結合
を解消して光出力の低下を回避し得る。

（実施例）以下、図面を参照しで、この出願に係る発明の実施例に
つき詳細に説明する。尚、以下の説明で参照する図面は
、この発明を理解し得る程度に、特定の構成を例示し、
概略的に示しであるに過ぎず、この発明は、これら図示
例にのみ限定されるものではないことを理解されたい、
尚、これら図において、断面を表わすハツチング等は省
略する。

東】ｌ性ユまず、この出願に係る第一発明を、前述したＭ９図及び
第１０図に示す８）１−　ＤＦＢ型の半導体レーザ製雪
に適用した場合につき説明する。

第１図は、実施例１に係る半導体レーザ装置の構造を部
分的に切り欠いて示す斜視図である。

尚、既に説明した構成成分と同一の機能を有するものに
ついては、同一の符号を付して示し、詳細な説明を省略
する。

この第１図と、前述した第９図との比較からも理解でき
るように、この実施例１に係る半導体レーザ装置１４９
は、ｐ−ＩｎＰから成り、ｎ導電型領域に相当する基板
２７と電流狭窄層３９との間に、ｎ−ＩｎＰから成る正
孔拡散阻止層４７を設けた構成と成っている点が従来構
成と異なる。

このような実施例１に係る半導体レーザ装［４９の構造
の理解を容易とするため、図面を参照して、当該装置の
製造手順を説明する。

第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例１を説明するため、主
な製造工程段階毎に、概略的断面によって示す図である
。尚、第１０図と同様に、英綴で示すハツチングにより
ｎ導電型領域を表わし、破線で示すハツチングによりｎ
導電型領域を表わす。

始めに、図示していない回折格子を形成した、ｐ−Ｉｎ
Ｐから成る基板２７（２ｒ＋ドープ、キャリア濃度−１
ｘ　１０Ｉａ（ａｍ−３）、　（１００）面）に、−度
目の結晶成長によって、ＧａＩｎＡｓＰから成り膜厚が
約０゜１（ｕｎ）の光導波層３１（λ、　＝　１．３（
ｕ　ｒｒ＋））、Ｇａ１ｎＡｓＰから成り膜厚が０゜１
（ｕｒｒ＋）の活性層３３（λ、＝１．５（ＬＪｍ乃、
ｎ　−ＩｎＰから成り膜厚が１．２（ｕｍ）のクラッド
層３５（ＳｎまたはＳｅドープ。

キャリア濃度＝　５　Ｘ　１０１７（ｃ１０１７（、及
びｎ　−ＧａＩｎＡｓＰから成り膜厚が０．３（ｕｍ）
のキャップ層３７を１＠次に成長させ５．第２図（Ａ）
に示す状態を得る。これら４つの層の成長に当っては、
前述の文献Ｉに示されるようなＭＯＶＰＥ法で行なった
が、例えば液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ：Ｌｉｑｕ
ｔｄＰｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）法で行なっても
良い。

次に、周知の化学的気相成長（ＣＶＤ　：Ｃｈｅｒｒ＋
１ｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びホ
トリソグラフィー技術によって、上述したキャップ層３
７の表面の所定部分に、幅が約４　（ｕｍ）となるよう
に、二酸化シリコシから成るエツチングマスク層４５ヲ
形成する。然る後、塩Ｍ：硝酸−１コ２（容積比）のエ
ッチャントを用い、上述のエツチングマスク層４５ヲ利
用して約３　（ｕｍ）の深さ”となるようにメサ形状に
エツチング処理を行ない、第２図（Ｂ）に示すようなダ
ブルヘテロ構造部２９を形成する。

この実施例１では、室温で約５０秒間に亙って上述のエ
ツチング処理を行ない、前述したエツチングマスク層４
５の下側にサイドエッチをいれＣ、ダブルヘテロ構造部
２９の側面と基板２７の主面とが実質的に垂直となるよ
うにした。

次に、上述の工・ンチングマスク層４５ヲ被若させた状
態で、前述した技術により、二度目の結晶成長を行ない
、この実施例１の特徴部分を構成するｎ　−１ｎＰから
成る正孔拡散阻止層４７と、Ｆｅ：ｒｎρから成る電流
狭窄層３９とを順次に成長させて、第２図（Ｃ）に示す
状態を得る。

これら２つの層４７及び３９の成長条件につき説明すれ
ば、この実施例１て・は、前述の文献■と同様にＭＯＶ
ＰＥ法により、成長温度を６５Ｏ（’Ｃ）、成長圧力％
　７６（Ｔｏｒｒ）、Ｖ／ｌＩ［比を約７０としで行な
った。

また、この装置の構造の場合、少なくとも、ダブルヘテ
ロ構造部２９を構成するクラッド層３５がｎ導電型領域
であるため、当該層３５に接して上述した正孔拡散阻止
層を設けた場合にはリーク電流が発乍する。従って、正
孔拡散阻止層４７の膜厚は、キャリア濃度との兼ね合わ
せで、正孔の拡散を阻止し得るように決定（後述する）
されるものであるが、この実施例１では、ｎＮａ電型を
付与するためのＳｅのキャリア濃度１ｉ　３　Ｘ　１０
”（ｃｍ−’）とし、膜厚を約０．３（ｕｒｎ）とする
のが好適である。

さらに、電流狭窄層３９は、ドープするＦｅの原料とし
て（ＣＪａ）２Ｆｅ　＠用い、Ｆｅの濃度ヲ２〜４ｘ　
１０′ｅ（ｃｍ−’）程度とすると共に、第２図（Ｂ）
を参照して説明したメサ形状が埋め戻されるように、膜
厚を約２．５（ｕｍ）程度としで成長させれば良い。

続いて、上述のエツチングマスク層４５ヲ除去した後、
従来技術と同様に、電流狭窄層３９のよ−に酸化シリコ
ン膜４３を形成する。然る後、Ａｕ−Ｇｅ〜Ｎｉ合金か
ら成るｎ　ｌｌｌ電極４１ａをキャップ層３７と電流狭
窄層３９との上側に亙って形成し、これとは相対する側
の基板２７表面には、Ａｕ　−Ｚｎ合金から成るｐ側電
極４１ｂを形成する。

このよう（こして、第２図（Ｄ）及び前述した第１図に
示すような半導体レーザ装置４９が得られる。

次に、正孔拡散阻止層４７の膜厚とｎ導電型を付与する
ためにドープされる不純物のキャリア濃度とを種々に変
えて複数の試料を作製し、当該阻止層による正札の拡散
阻止の効果を実際に測定した。

まず、この測定に用いた試料の構造を斜視図で示した第
３図を参照して説明する。尚、同図においＣは、第１０
図と同様に、ｎ導電型領域とｎ導電型領域とを表わすハ
ツチングを付して有る。

始めに、回折格子を形成せずに用いたことを除いては、
前述した基板２７と同様に、厚さ約１０１００（ｕの基
板５１（２ｎドープ、キャリア濃度＝１　ｘ　１０”（
ｃ１３）、　（１００）面）を用意する。コノｐ導電型
領域に相当する基板５１に、正孔拡散阻止層に相当する
ｎ　−ＩｎＰ層５３ヲ、各々の試料に応じた膜厚及びキ
ャリア濃度で成長させる。然る後、上述のｎ　−ＩｎＰ
層５層上３側に、電流狭窄層に相当するＦｅ：ＩｎＰ層
５５ｉＦｒ、１．６（ｕｎ）の膜厚と２〜４ｘ　１０”
（ｃｍ”３）の範囲内のＦｅ濃度で成長させる。

ざらに、このＦｅ：ＩｎＰ層５５の上側に前述したクラ
ッド層のようなｎ導電型領域に相当するｎ−ＩｎＰ層５
７％　０．８（ｕ　ｍ　）の膜厚と５　Ｘ　１０”（ｃ
ｍ−３）のキャリア濃度（Ｓｓドープ）とで成長する。

このような一連の成長を、第２図（Ｃ）　１Ｆｉ、参照
して説明した減圧下でのＭＯＶＰＥ法によって連続して
行なった後、ｎ側電極５９ａとｐ側電極５９ｂとを、前
述と同一の材料構成で形成する。然る凌、各層の延在方
向での平面寸法を、半導体レーザ装置と同程度である３
００（ｕｍ）四方に採り、試料６１とした。

次に、得られた複数の試料について、正孔の拡散阻止効
果を測定した結果につき説明する。

この測定は、各々の試料に対して４（ｖ）の電圧を印加
して行なった。このような測定による正孔の拡散阻止効
果の判定は、１（ｍＡ）以上の電流が流れなかった場合
を有効とした。

第４図は、上述した測定結果を説明するため、縦軸にｎ
　−ＩｎＰ層５層上３厚（μｍ）を採り、横軸に当該層
５３のキャリア濃度（ｃｍ−３）Ｖ対数スケールで採っ
て示す説明図である。尚、同図中、正孔拡散阻止効果が
認められた試料の測定結果をｒＯＪでプロットし、この
効果が認められなかったものについてはｌｉ’ｘＪｌで
プロットしである。

また、文献ＩＩ　：　”　ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴ
ＩＯＮ　ＯＮ　ＥＬＥＣＴＲＯＮＤＥＶ　ＩＣＥＳ（ア
イ・イー・イー・イー　トランザクション　オン　エレ
クトロン　デバイスイズ）“（Ｖｏｌ、ＥＤ−３４，Ｎ
ｏ、　４　、Ｐ７７２〜？７７（１９８７））には、種
々のキャリア濃度を有する媒質中での、正孔の拡散長に
つき開示されている。従って、説明の理解を容易とする
ため、この文献■に開示される正孔の拡散長を同図中に
実線で示しである。

この第４図からも理解できるように、キャリア濃度を１
０”（ｃｍ−３）とした場合、膜厚を０．３（ｕｍ）〜
０．８（μｍ）の範囲内で設定しで作製した２つの試料
のいずれも、正孔の拡散阻止は認められなかった。また
、キャリア濃度を５　ｘ　ｔ０１７（ｃｍ−３）とし、
膜厚を０．３（ｕ　ｍ　）に設定して作製した試料でも
正孔の拡散阻止は認められなかった。これ（こ加えて、
同図の図示を省略するが、正孔拡散阻止を目的としたｎ
　−ＩｎＰ層５層上３成せずに作製した試料であっても
、正孔拡散阻止は認められなかった。

これら正孔の拡散阻止効果が認められなかった試料の電
流−電圧特性についで詳細に説明すれば、上述した４つ
の試料のいずれの場合も０．８（Ｖ）程度の電圧から急
激に電流が流れ始め、通常のｐ−ｎ接合ダイオードと同
等の特性が見られた。

これに対して、キャリア濃度を５　ｘ　１０１７１０１
７（ａとし、膜厚ヲ０．８（ｕｍ）として作製した試料
と、キャリア濃度１Ｆｒ３　Ｘ　１０１ａ（１０１ａ（
とし、かつ膜厚を０．３（Ｌｌｍ）に設定した試料とで
は正孔拡散阻止効果が認められた。この場合の電流−電
圧特性は、４（）の電圧を加えても、０．５（ｍＡ）以
下の電流しか流れず、Ｆｅ：ＩｎＰ層５５（第３図参照
）の半絶縁性が維持された。

この正孔拡散阻止を目的として、試料６１に具えたｎ　
−ＩｎＰ層５層上３様な効果を実現するに当り、第４図
中に示す曲線を境界としで、高いキャリア濃度側または
厚い膜厚側の条件で、正孔拡散阻止層４７（第１図参照
）を設計すれば良いことが理解できる。

東１１性λ 次に、この出願に係る第一発明を、実施例１とは導電型
の異なるＢＨ−ＤＦＢ型の装置に適用した場合の実施例
２につき説明する。尚、この実施例２では、製造手順の
説明を省略し、製雪構造についてのみ説明する。

第５図は、実施例１の製造手順で参照（、）た第２図（
Ｄ）と同様に、装置の概略的断面（こより示す図で渉）
る。

この第５図（こ示すように、この実施例２に係る半導体
レーザ装置６３は、第１０図に示す従来構成の装置の導
電型を変更した構造に正孔拡散閉止層６５を設けたもの
である。

詳細に説明すれば、ダブルヘテロ構造部６７のうち、ｐ
　−Ｇａ１ｒ＋ＡｓＰで構成されるキャップ層６９及び
ｐ−ＩｎＰから成るクラッド層７１！ｐ導電型領域とし
、これと電流狭窄層３９との間に正孔拡散阻止層６５を
配設する。ここで、正札拡散阻止層６５と、活性層３３
または光導波層３１との接触は、リク電流の解消に支障
を来たすものではない、しかしながら、正孔拡散阻止層
６５と同一の導電型を有し、ｎ導電型領域に相当する基
板７３と当該閉止層６５とか接する場合には、リーク電
流を生じることが理解できる。従って、この実施例２の
構造では、正孔拡散阻止層６５と基板７３との間を、例
えば電流狭窄層３９（？−よって不連続とする必要か有
る。

犬−施例３、次に、図面を参照しで、この出願（こ６係る第６−１発
明を、前述した第９図及び第１１］図（こ示′ｇＢＨ−
ＤＩ”Ｂ型の半導体レーザ装置に適用した場６の実施例
３につき、装置構造のみを説明する。

第６図は、第５図と同様に、装置の概略的断面により示
す図である。

この第６図に示すよう（こ、この実施例３（こ係る半導
体レーザ装置７５は、第１０図に示１従来構造の装置に
電子拡＃！１．■止層７ｔを設け１こもの−Ｃあり、換
言すれば、実施例２で説明した装置構造において、これ
とは異なる導電型と（ノ１．′ｌ：構成である。

詳細（こ説明すれば、ダブルヘゲ１］構込部２９のうち
、ｎ　−Ｇａ１ｎＡｓＰで構成されるキャップ層３ｉ′
及びｎ　−１ｎＰから成るクラ・ンド層３５をｎｐｌ、
電ｚ２領域とし、これと電流狭窄層３９との門にｐ−１
ｎＰから成る電子拡散阻止層７７を設ける。この際、実
施例２の場合と同様に、電子拡散阻止層７７ど、活性層
３３または光導波層３１との接触は、リーク電流の解消
（こ支障を来た１ものではない。（〕かしながら、この
実施例３の場合も、電子拡散阻止層７７と同一の導電型
をもする基板２７とが接する場合にＣよリーク電流を生
しるため、電子拡散阻止層７７と基板２７との間を、例
えば電流狭窄層３９によって不連続とする必要か有る。

尚、既（こ述べたように、電流狭窄層３９を構成するＦ
ｅ：ＩｎＰは、通常、電子トラップとしで機能する。従
って、この実施例３に示すような電子拡散阻止層は、例
えばコバルト（Ｇｏ）やニッケル（Ｎ［）のような正孔
トラ・シブとして機能する半絶縁姓材料で電流狭窄層を
構成した場合に、特に、大きな効果を得ることができる
。

また、第３図及び第４図を参照して説明したのと同様な
、この第−丁−発明におりる電子の拡散阻止についでの
説明を省略覆るが、電子拡散阻止Ｎを配設する際の染付
も、キャリア′Ｊ１度と膜厚との粂件を任意好Ａ（こ設
定することにより、リーク電流の低減を図り、結果とし
て、大きな光出力の半導体レーザ装置ｔ天現することが
期待できる。

′５！、−施例４次に、図面を参照（〕ｒ、この出願（こ係る第一゛発明
を、実施例３とはＮ！Ｉ電型の異なる１３）１−叶８型
の装置（こ適用し１と場合の実施例４１ｉ−つき、装置
構造のみを説明する。

第７図は、第６図と同様に、装置の概略的断面により示
す図である。

この第７図に示すように、この実施例４に係る半導体レ
ーザ装置７９は、第５図に示す装置構成において、正孔
拡散阻止層６５の代わｒ）（こρ−１ｎＰから成る電子
拡散阻止層８１を設けた構造で“あり、ｎ−ＩｎＰで構
成される基板７３と電流狭窄層３９との間に電子拡散阻
止層８１を設ける。

このような１！子拡散団止層８１を具え１こ半導体レー
ザ装置７９であっても、この実施例３と同様に、正孔ト
ラップとして機能する半網縁性材料Ｃ−Ｉ電流狭窄層を
構成した場合１こ、特に、大きな効果を得ることができ
、当該閉止層８１の１ヤリア濃度と膜厚とを任意好適に
設定すること（Ｊよって大きな光出力の半導体１７−ザ
装＝を実現することが期待できる。

以上、この出願に係る第−発明及び第二発明の実施例に
つき詳細に説明したが、この発明は、上述の実施例にの
み限定されるものではないこと明らかである。

例えば、上述の実施例は、いずれも、この発明を、第９
図に示す従来構造（埋め込み型構造）の装置に適用した
場合につき図面を参照して説明した。しかしながら、こ
の発明の特徴となる正孔拡散阻止層または電子拡散阻止
層は、このような装置構成に適用しでのみ効果が得られ
るものではなく、半組Ｒ憔材料から成る電流狭窄層を具
えたものであれば、例えば、ＢＣ（：ＢｕｒｒｉｅｄＣ
ｒｅｓｃｅｎｔ）型のダブルヘテロ構造部を具えたＤＦ
Ｂ型の装置、回折格子や光導波層を具えていないファブ
リベロー型の装置等に通用した場合であっても、上述の
実施例と同等の効果を期待し得る。

また、上述した実施例では、主としでＩｎＰを用いた材
料構成で説明したが、ＧａＡｓヤＡＱＧａＡｓ′ｊ４の
、他の半導体を用いた場合にも、正孔拡散阻止層または
電子拡散阻止層の材料構成を変更することによって、優
れた半導体レーザ装置を実現することが可能である。

これら材料、寸法、配Ｉｔ関係、数値的条件及びその他
の条件は、この発明の目的の範囲内で、任意好適な設計
の変更及び変形を行ない得ること明らかである。

（発明の効果）上述した説明からも明らかなように、この出願の第一発
明に係る半導体レーザ装置によれば、電流狭窄層と、当
該層に接していたｎ導電型領域との間にｎ導電型の正孔
拡散阻止層を設ける構成と成している。このため、半導
体レーザ装置の動作時に大きな電圧を印加しでも、電流
狭窄層に対する正孔の注入ｔｍ止することができる。従
って、前述した正孔と電子との再結合を回避することが
可能であり、半給締牲材料から成る電流狭窄層を利用し
て高速変調特性に優れた装置の、光出力特性を改善する
ことができる。

また、この出願の第二発明に係る半導体レーザ装置によ
れば、電流狭窄層と、当該層に接していたｎ導電型領域
との間にｎ導電型の電子拡散阻止層を設ける構成と成し
ている。このため、半導体レーザ装置の動作時に大きな
電圧を印加しでも、電流狭窄層に対する電子の注入を阻
止することができる。従って、第一発明を適用した場合
と同様に、前述した正孔と電子との再結合の回避が可能
であり、優れた高速変調特性を有する装置に関して、光
出力特性を改善することができる。

このように、この出願に係る発明を適用することにより
、高速変調特性と光出力特性との双方に優れた半導体レ
ーザ装置ｔを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この出願の第一発明に係る実施例１を説明す
るため、半導体レーザ装置の構造の一部を切り欠いて斜
視的に示す説明図、第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例１に係る装置の製造手
順を説明するため、主な製造工程段階毎に概略的断面に
よって示す説明図、第３図は、実施例で作製した試料の構成を説明するため
、概略的な斜視図によって示す図、第４図は、実施例を
説明するため、縦軸に正孔拡散阻止層の膜厚を採り、横
軸にキャリア濃度を採って示す説明図、第５図は、この出願の第一発明に係る実施例２を説明す
るため、概略的な装置断面（こよって示す説明図、第６図は、この出願の第二発明に係る実施例３を説明す
るため、第５図と同様に示す説明図、第７図は、この出
願の第二発明に係る実施例４を説明するため、第５図と
同様に示す説明図、第８図及び第９図は、従来技術を説
明するため、第１図と同様に示す説明図、篤１０図は、従来技術を説明するため、第５図と同様に
示す説明図である。２７、５１−−−−一基板（ｐ−１ｎＰ（ｎ導電型領域
））２９．６７・・・・・ダブルヘテロ構造部３１−−
−−先導波層（ＧａｌｎＡｓＰ）３３−−−−活ｆｔ’
　Ｎ　（ＧａｌｎＡｓＰ）３５−−−−クラッド層（ｎ
　−１ｎＰ（ｎ導電型領域））３？−−−−キャップ／
ｌ　（ｎ　−Ｇａ１ｎＡｓＰ（ｎ　、！　Ｗ型領域））
３９−、−・電流狭窄層（Ｆｅ　：　ＩｎＰ）４１ａ、
５９ａ・・・・・ｎ側電極（Ａｕ−Ｇｅ、Ｎ１）４１’
ｏ、５９ｂ−−−・−ｐ側電極（Ａｕ−２ｎ）４３・・
・・酸化シリコン膜４５・・・・エツチングマスク層、１７．６５・・・・・正札拡散阻止層（ｎ　−ＴｎＰ
）４９．６３．’７５．７９・・・・・半導体レーザ製
画５３・・・・ｎ−１ｎＰ＠（正札拡散阻止層）５５・
・・・Ｆｅ：ＩｎＰ層（電流狭窄層）５７・・・・ｎ　
−ＩｎＰ層（ｎ導電型領域）６９−−−−キャップ層（
ｐ−Ｇａ１ｎＡｓＰ（ｎ導電型領域））７１・・・・ク
ラッド層（ｐ　−１ｒ＋Ｐ（ｐｍ電型領域））７３−−
−一基板（ｎ−１ｎＰ（ｎ導電型領域））７７．８１・
・・・・電子拡散明止層（ｐ　−ＩｎＰ）ａ・・・・正
孔の注入、ｂ・・・・電ｒ−の注入Ｃ・・・・リーク電
流。沖電気工業株式会社２９ダブルヘテロ構造部４５：エツチングマスク層４１ｂｐ側電極（Ａｕ４３Ｍ化シンノフン膜Ｚｒ＋）英施例１の説明図４９、半導体レーザ装百英施例の説明図第１図第２基板（ｎ導電型領域）ｎ−ＩｎＰ層（正孔拡散阻止層）Ｆｅ：ＩｎＰ層（電流狭窄層）ｎ−ＩｎＰ層（ｎ導電型領域）ｎ側電極ｐ側電極試料案施例１の説明図第２実施例の説明図第３図半導体レーザ装置正孔拡散阻止層（ｎ−ＩｎＰ）ダブルヘテロ構造部キャップ層（ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ）クラッド層（ｐ−ＩｎＰ）基板（ｎ−ＩｎＰ（ｎ導電型頭ｖｔ）実施例２の説明図第５図ｎ−ＩｎＰｎＰ２Ｏ５ャリア濃度（ｃｍ−３）実施例の
説明図７５、半導体レーザ装Ｍ７７：電子拡散阻止層（ｐ−Ｉ
ｎＰ）実施例３の説明図第６図第７図第９図第８図第１Ｏ図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半絶縁性材料から成る電流狭窄層と、ｐ導電型領
域及びｎ導電型領域とを具えて成る半導体レーザ装置に
おいて、前記電流狭窄層とｐ導電型領域との間にｎ導電型の正孔
拡散阻止層を設けて成ることを特徴とする半導体レーザ装置。
（２）ｐ導電型の基板上に、少なくとも活性層及びｎ導
電型を有するクラッド層を含むストライプ状のダブルヘ
テロ構造部と、該ダブルヘテロ構造部の両側の前記基板
の上側に、半絶縁性材料から成る電流狭窄層とを具えて
成る半導体レーザ装置において、前記電流狭窄層と前記基板との間に、ｎ導電型の正孔拡
散阻止層を設けて成ることを特徴とする半導体レーザ装置。
（３）ｎ導電型の基板上に、少なくとも活性層及びｐ導
電型のクラッド層を含む、ストライプ状のダブルヘテロ
構造部と、該ダブルヘテロ構造部の両側の前記基板の上
側に、半絶縁性材料から成る電流狭窄層とを具えて成る
半導体レーザ装置において、前記電流狭窄層と前記ダブルヘテロ構造部との間にｎ導
電型の正孔拡散阻止層を設けて成ることを特徴とする半
導体レーザ装置。
（４）半絶縁性材料から成る電流狭窄層と、ｐ導電型領
域及びｎ導電型領域とを具えて成る半導体レーザ装置に
おいて、前記電流狭窄層とｎ導電型領域との間にｐ導電型の電子
拡散阻止層を設けて成ることを特徴とする半導体レーザ装置。
（５）ｐ導電型の基板上に、少なくとも活性層及びｎ導
電型のクラッド層を含む、ストライプ状のダブルヘテロ
構造部と、該ダブルヘテロ構造部の両側の前記基板の上
側に、半絶縁性材料から成る電流狭窄層とを具えて成る
半導体レーザ装置において、前記電流狭窄層と前記ダブルヘテロ構造部との間にｐ導
電型の電子拡散阻止層を設けて成ることを特徴とする半
導体レーザ装置。
（６）ｎ導電型の基板上に、少なくとも活性層及びｐ導
電型のクラッド層を含む、ストライプ状のダブルヘテロ
構造部と、該ダブルヘテロ構造部の両側の前記基板の上
側に、半絶縁性材料から成る電流狭窄層とを具えて成る
半導体レーザ装置において、前記電流狭窄層と前記基板との間にｐ導電型の電子拡散
阻止層を設けて成ることを特徴とする半導体レーザ装置。